待北方基本平定之后，曹操又率军南征荆州刘表。建安十三年(208年)九月，曹军进至新野(今属河南)，刘表病死，其子刘琮不战而降。这时，官渡之战后投奔刘表的刘备，正屯军于樊城，听说刘琮投降，便率军向江陵撤退。曹操闻讯，亲率五千骑兵从襄阳疾驰三百里，在当阳长坂(今属湖北)将刘备追上，击溃了刘备军，进占江陵。
曹操如此大举南进，意图是相当明显的，就是要完成统一战争。据守江南的吴侯孙权，感到了巨大威胁，就命大将周瑜率军三万，与刘备联军抵抗曹操。
曹操率大军从江陵东下，到达赤壁(今湖北武昌县西赤矶山)，双方决战一触即发。由于初战不利，曹军遂暂驻乌林(今湖北洪湖东北)，与孙刘联军隔江对峙。
面对强敌压境，东吴统帅周瑜用计，命大将黄盖率小战船十艘赴曹营诈降，船上装载柴草，灌以膏油，驶至距曹营二里之处时，一齐点火，借风势直冲过去。曹营舟船顿成一片火海，水军溃败。曹操只得率军从华容道(今湖北监利西北)撤回江陵，后又黯然北撤。
就这样，“火烧赤壁”导致曹操的统一战争半途受挫，未能完成“克定天下”的大业，成为他的终身之痛。
人间至尊荣华已经看淡
赤壁之败，并没有影响曹丞相在朝中的权威。不久，汉献帝又册封他为魏公，加九锡、建魏国，定国都于邺城。
这个“魏国”并不是独立国家，而是献帝赐给曹操的封地，拥有冀州十郡之地。献帝还仿照汉初丞相萧何旧例，准许曹操“参拜不名、剑履上殿”。
几年后，汉献帝册封曹操为魏王，地位在刘姓诸侯王上，奏事不称臣，受诏不拜。曹操遂在邺城建魏王宫铜雀台，享有天子旒冕、车服、旌旗之制。此时的曹操，名义上还是汉臣，实际上已与皇帝无异。
建安二十四年(219年)曹操率救援樊城，与关羽对峙。孙权趁机袭杀关羽，劝曹操自立为帝，群臣也都纷纷劝进。曹操自感功成名就，对皇帝这个名号并不热衷，他不想废献帝自立，只是说:“苟天命在孤，孤为周文王矣。”
建安二十五年正月(公元220)，曹操率军返回洛阳。当月，病逝于洛阳，终年六十六岁。曹操去世十个月后，其子曹丕就以魏代汉，自立为帝，追尊曹操为武皇帝，庙号太祖。
曹操在病故之前，就写好了两份遗嘱，第一份叫做《终令》，叮嘱要在“(邺城)西门豹祠西原上为寿陵，因高为基，不封不树”。意思是要以山上原有的高度为墓基，不要在墓顶封土和种树。稍后一份遗嘱叫做《遗令》，说死后要“葬于邺之西冈，上与西门豹祠相近，无藏金玉珠宝。吾婢妾与伎人皆勤苦，使著铜雀台，善待之。”此外，还提到自己藏有一些名香，可以分给婢妾。她们若无事可做，可以学习织席卖钱。这两份遗嘱，主要是主张丧事和善后都要俭朴。
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曹操死后葬于“高陵”，这个高陵究竟在哪儿?古代既有说在邺城的，也有说在安阳的，还有说在漳河边埋下了“七十二疑冢”的。其中“疑冢”的说法，晚至宋朝才出现，显然不大可靠。
曹操之子曹丕的《策文》、曹植的《诔文》都描述了曹操的葬礼，说曹操死后葬在邺城之西，入殓时穿的是补过的衣服。《三国志》和《晋书》中，也有司马懿等人护送曹操灵柩到邺城入葬的记载。
曹操的历史功绩不应磨灭
对曹操的功与过如何评价，历来争论很大。关于他的主要功绩，一般认为有三;
一是恢复了北方的农业经济。汉末动乱，百姓流离失所，不堪其苦。曹操重视民间疾苦，就在大办屯田的同时，采取了各种措施，招怀流民、迁徙人口、劝课农桑、兴修水利、检括户籍，使农业生产得以恢复。
二是抑制了豪强兼并。曹操在控制了中央政权后，全面推行了抑制豪强的法治政策。他主张:“夫刑，百姓之命也。”起用了王修、司马芝、杨沛、吕虔、满宠、贾逵等干练官吏，抑制不法豪强，“化乱为治”，使“百姓喜悦”。
三是整顿了社会风气。曹操用人不重虚名，要求官员要“明达法理”，厉行法治。他还提倡吏治廉洁，“其所举用，皆清正之士”。在他的提倡下，社会风气大为改变，“天下之士莫不以廉节自励”。
从总体上看，在曹操治下的北方，政治较为清明，经济逐渐恢复，货币价值稳定，百姓赋税负担相对较轻。他所进行的统一事业，也是有利于社会稳定和进步的。若以现代的眼光看，“曹丞相”脸上的丑陋白色，是完全可以去掉了。
至于曹操为什么长期以来背负“奸贼”骂名?这与古代正统史观有关。虽然最终“篡汉”的是曹丕，而并非曹操本人，但曹操生前威仪如天子，完全架空了皇权，被后世一些士大夫视为“篡逆”是不可避免的。此外，他在政治斗争中的一些残酷手段，也一直遭受后人诟病。
